何 婷,饒 勝

(1.新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830000;2.國家管網(wǎng)集團(tuán)聯(lián)合管道有限責(zé)任公司 西部分公司,新疆 烏魯木齊 830000)

近年來,隨著我國能源結(jié)構(gòu)的加速調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的快速升級,對天然氣的需求量逐年增加。作為天然氣輸送的重要方式,管線運(yùn)輸具有受外界影響較小、穩(wěn)定性較高、輸送成本較低等優(yōu)點(diǎn)。但是在高寒脆弱山區(qū),地形起伏大、坡度陡、施工條件差、生態(tài)基礎(chǔ)脆弱,生態(tài)系統(tǒng)一旦被破壞就很難恢復(fù)。為改善高寒脆弱山區(qū)輸氣管道工程水土保持和生態(tài)景觀設(shè)計(jì),本研究以西氣東輸二三線果子溝戰(zhàn)略安全管道工程(以下簡稱“果子溝管道工程”)為例,根據(jù)“保護(hù)原生態(tài)環(huán)境、減少水土流失,以自然為本、再造柔性景觀”的設(shè)計(jì)原則,通過線路綜合比選、優(yōu)化施工工藝,實(shí)施水土保持工程、植物措施等,最大限度地減少工程建設(shè)造成的水土流失,減輕對生態(tài)環(huán)境的破壞,實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)與生態(tài)景觀建設(shè)相互融合的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1 工程概況

果子溝管道工程是西氣東輸二三線的控制性工程,新建管道全長32 km,沿線設(shè)置山體隧道4條(全長23.24 km)。項(xiàng)目建設(shè)總占地面積78.10 hm2,管道采取溝埋方式。通過綜合比選,工程選線避開了農(nóng)田、牧場及重要林區(qū),但路線所經(jīng)區(qū)域生態(tài)基礎(chǔ)很脆弱,工程建設(shè)不僅會對地表、植被及生態(tài)景觀造成破壞,產(chǎn)生較嚴(yán)重的水土流失,而且工程區(qū)土壤貧瘠,植被類型單一、群落簡單,生態(tài)系統(tǒng)一旦被破壞就很難恢復(fù)[1]。

果子溝管道工程沿線區(qū)域地處我國西北內(nèi)陸,海拔1 000～4 000 m,主要位于中山帶(海拔1 500～2 700 m)和低山區(qū)(海拔1 200～1 500 m)。位于大陸性季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,冬季漫長(可長達(dá)7～8個月),晝夜溫差較大;年均降水量218.9 mm,年均水面蒸發(fā)量1 472.1 mm,降水主要集中在6—9月,期間坡度較大、植被貧乏、保水蓄水能力差的溝道容易在短時間內(nèi)形成洪水徑流。土壤主要為灰褐色土、山地黑鈣土、灰漠土等,土壤腐殖質(zhì)層較薄、有機(jī)質(zhì)含量低,適生樹草種有限,生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力弱,一旦被破壞恢復(fù)困難[1]。在不同垂直帶分別分布著針葉林、灌叢、荒漠、草原、草甸等植被類型,其中:中山帶主要分布有雪嶺云杉、野杏、天山花楸等針闊葉林,以及其下分布的白車軸草、針茅等山地草甸;低山區(qū)主要為芨芨草、對葉元胡、伊犁絹蒿等荒漠草原植物,以及在陰坡和半陰坡分布的黃果山楂、天山櫻桃等小喬木或灌木。

2 水土流失特點(diǎn)

管線施工必定會引起對地表的擾動。果子溝管道工程為線狀工程,沿途經(jīng)過區(qū)域地形地貌、土壤、植被等自然條件復(fù)雜,施工引發(fā)的水土流失問題突出。比如:

1)侵蝕類型復(fù)雜多樣。果子溝管道工程建設(shè)區(qū)域水土流失形式多樣,以線狀侵蝕為主,伴隨著點(diǎn)狀侵蝕:在管道伴行道路、施工便道施工過程中的開挖、填筑及道路表面在施工擾動和大風(fēng)、降雨的影響下,原生植被和地表結(jié)皮遭到破壞,容易產(chǎn)生線狀侵蝕;管道開挖產(chǎn)生的邊坡以及施工期的臨時堆土,在大風(fēng)和降雨的作用下極易產(chǎn)生點(diǎn)狀侵蝕。

2)植被恢復(fù)難度較大。高寒山區(qū)地表土層較薄、腐殖質(zhì)含量低,原生植被多為旱生植被,植物種類單一,且平均氣溫較低,降水少,在低溫和缺水的影響下植物生長周期短、生態(tài)結(jié)構(gòu)簡單。工程建設(shè)改變了山區(qū)原有地貌,導(dǎo)致地表裸露,破壞了原有穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。項(xiàng)目建設(shè)完成后,在干旱缺水、地表土疏松的條件下,施工跡地的植被恢復(fù)難度較大,恢復(fù)周期長。

3 水土保持與生態(tài)景觀設(shè)計(jì)方案

針對上述水土流失特點(diǎn),在管線走向設(shè)計(jì)綜合比選中,主體設(shè)計(jì)與水土保持、環(huán)境影響評價等專業(yè)人員共同研究,以“保護(hù)原生態(tài)環(huán)境、減少水土流失,以自然為本、再造柔性景觀”為原則,選擇了一條通過山區(qū)短、失穩(wěn)地帶少,避開風(fēng)景區(qū)和地質(zhì)公園核心區(qū)的線路,同時加強(qiáng)水土保持與生態(tài)景觀設(shè)計(jì),通過優(yōu)化施工工藝和采取水土保持工程、植物措施等,改善項(xiàng)目沿線水土流失。果子溝管道工程可劃分為管道作業(yè)帶區(qū)、站場閥室區(qū)、隧洞區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、棄渣場區(qū)、道路區(qū)及輸變電工程區(qū)等,根據(jù)水土流失易發(fā)地段,本次重點(diǎn)探討管道作業(yè)帶區(qū)、隧洞區(qū)和棄渣場區(qū)的水土保持與生態(tài)景觀措施設(shè)計(jì)。

3.1 管道作業(yè)帶區(qū)

在管道作業(yè)帶區(qū),重點(diǎn)調(diào)查隧道出入口附近的崩塌、泥石流、水毀、雪崩、斷裂帶及可能受施工影響形成的不穩(wěn)定斜坡等。經(jīng)過現(xiàn)場排查研判和評級分析,得到22處較高風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn),其中崩塌5處、泥石流10處、不穩(wěn)定斜坡2處、斷裂帶2處、水毀3處。針對各地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了防沖墻、側(cè)擋墻及鋼筋石籠等防護(hù)措施,以維護(hù)主體工程安全穩(wěn)定。管道橫坡敷設(shè)于山區(qū)坡面或者溝道時,采用“上截下攔”的徑流調(diào)控模式[2],如在管道穿越處上游設(shè)置防沖墻、側(cè)擋墻等工程措施,以免施工跡地遭受季節(jié)性洪水的強(qiáng)烈沖刷。管道經(jīng)泥石流溝處防護(hù)措施典型設(shè)計(jì)見圖1。管道作業(yè)帶經(jīng)過草地和耕地時,為保護(hù)表土資源,施工前應(yīng)將溝槽開挖范圍內(nèi)及施工機(jī)械擾動區(qū)涉及的表層熟土進(jìn)行剝離,集中堆存并實(shí)施防護(hù)措施。管道施工結(jié)束后對擾動區(qū)域進(jìn)行土地整治。為盡快恢復(fù)原地貌,采取撒播草籽的方式恢復(fù)植被。應(yīng)選擇適宜當(dāng)?shù)厣L、耐旱耐寒的草種,如早熟禾、黑麥草等,以實(shí)現(xiàn)免養(yǎng)護(hù)、自然生長。工程措施和植物措施相結(jié)合,能夠減輕施工跡地的水土流失。

圖1 管道經(jīng)泥石流溝處防護(hù)措施典型設(shè)計(jì)

3.2 隧洞區(qū)

隧洞區(qū)主體工程設(shè)計(jì)中采取了洞口防護(hù)、洞口排水等措施,既能維護(hù)主體工程安全穩(wěn)定,又具有水土保持功能。隧洞區(qū)洞口兩側(cè)有3處風(fēng)險(xiǎn)較高地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn),主體設(shè)計(jì)在洞口附近設(shè)置三維植被網(wǎng)及生態(tài)袋,以防止表層垮塌及塊石脫落,見圖2。同時,根據(jù)《伊犁河谷生態(tài)環(huán)境保護(hù)條例》,為減輕工程建設(shè)對山體的擾動破壞和對自然景觀的影響,需加強(qiáng)洞口區(qū)的生態(tài)修復(fù),因此水土保持設(shè)計(jì)中采取土地整治、客土噴播護(hù)坡、撒播草籽等措施。

圖2 隧洞口防護(hù)措施設(shè)計(jì)

生態(tài)袋作為一種生態(tài)護(hù)坡工具,集環(huán)境保護(hù)、生態(tài)綠化、水土保持為一體,被廣泛用于礦山復(fù)綠、生態(tài)河岸護(hù)坡、道路護(hù)坡及濕地治理中。其主要特點(diǎn)是:生態(tài)環(huán)保,能與自然環(huán)境完美融合;同傳統(tǒng)工程建造方法相比,無需高能耗、高污染的鋼筋、水泥、石塊等,無新增占地,有助于節(jié)約成本、減少污染[3];能在硬質(zhì)坡體或石質(zhì)邊坡修復(fù)中,形成滿足植物生長的土質(zhì)邊坡,同時有效補(bǔ)充土壤中缺少的營養(yǎng)成分;具有透水性,可有效保持土壤中的水分,在滿足植被需水要求的同時排出坡體內(nèi)多余水分,進(jìn)一步減輕坡體內(nèi)的壓力,降低邊坡水土流失的可能性,使邊坡更穩(wěn)固;施工方便、靈活,裝土后成型規(guī)格可以根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì),具有良好的匹配性和組合性,見圖3。邊坡綠化客土噴播適用于貧瘠土壤和風(fēng)化巖地區(qū)播種,噴播漿料含有植物種子萌發(fā)、生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì),由水、土、黏合劑、保水劑、草炭土、復(fù)合肥等混合而成,漿料的覆蓋能夠固定種子和表土,從而提高生態(tài)修復(fù)效果。近年來,大慶油田工程有限公司在中貴線、中俄原油管道、南疆天然氣利民工程等項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用邊坡綠化客土噴播技術(shù),效果良好[4]。

圖3 生態(tài)袋實(shí)施效果

3.3 棄渣場區(qū)

在棄渣場區(qū),根據(jù)項(xiàng)目棄渣場等級、地貌單元和棄渣特點(diǎn)進(jìn)行水土保持措施設(shè)計(jì)。果子溝管道工程棄渣場布置在隧洞進(jìn)出口附近的坡地和支溝中,考慮到棄渣的永久性和對周邊生態(tài)環(huán)境的影響程度,需采用適宜當(dāng)?shù)刈匀粭l件的恢復(fù)措施,以降低棄渣對周邊生態(tài)環(huán)境的影響。棄渣場主要防護(hù)措施為表土剝離及防護(hù)墻、擋渣墻、排水溝,以及在堆渣結(jié)束后進(jìn)行土地整治及植被恢復(fù)等。

考慮到工程建設(shè)開挖的棄渣中含有的大量塊石可作為漿砌石的原料,棄渣場擋渣墻采用漿砌石結(jié)構(gòu)。在渣場坡腳外側(cè)設(shè)置漿砌石擋墻,擋墻高3.7 m,棄渣采取自下而上的堆置方式,按1∶2坡比分級堆放,單級坡高10 m,設(shè)有馬道,寬2 m。平整坡面時將塊石覆蓋在渣體表面可有效減少坡面水土流失。土地整治結(jié)束后對棄渣場采取撒播草籽等輔助植被恢復(fù)措施,撒播草種選擇早熟禾、黑麥草等當(dāng)?shù)剡m生植物。

4 結(jié)束語

本研究以西氣東輸二三線果子溝戰(zhàn)略安全管道工程為例,分析了高寒山區(qū)管道工程的水土流失重點(diǎn)區(qū)域及其水土保持、生態(tài)景觀設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在高寒山區(qū)進(jìn)行管道工程建設(shè)容易對山區(qū)的原生態(tài)系統(tǒng)造成破壞,若不能及時、有效地實(shí)施治理措施,將會導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失,同時破壞之后的生態(tài)恢復(fù)十分困難。通過深入了解項(xiàng)目所在地高寒山區(qū)生態(tài)環(huán)境特點(diǎn),果子溝管道工程建設(shè)借鑒前期工程先進(jìn)技術(shù)和成功案例,積極采取新技術(shù)、新方法,優(yōu)化水土保持和景觀設(shè)計(jì),減輕工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的破壞,為高寒山區(qū)管道工程建設(shè)提供了參考樣板。